陜北氣井鉆井中黃土層治漏工藝改進(jìn)

姚立新 王俊海 蘭正升 王均良

（中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西 西安 710018）

0 引言

鄂爾多斯盆地陜北黃土高原區(qū)域，地貌溝谷縱橫、梁命交錯，地表為20～400 m不等的第四系黃土層，欠壓實，鉆井過程極易發(fā)生井漏，尤其是天然氣井鉆井施工，表層井深一般為500 m左右，常規(guī)的防漏措施很難維持鉆進(jìn)。陜295井黃土層漏失損失時間為350 h，G72-26井表層鉆進(jìn)至456 m，上部黃土層井漏復(fù)發(fā)，無法鉆達(dá)設(shè)計表層井深，被迫提前完鉆，給后續(xù)井控埋下隱患，部分井因表層漏失處理不當(dāng)造成井架基礎(chǔ)失陷的重大安全隱患。因此，黃土層漏失成為制約陜北南部氣井鉆井提速與安全鉆井的瓶頸。

1 黃土層漏失原因分析

黃土高原區(qū)第四系地層是未膠結(jié)成巖的黃土層，部分區(qū)域多含孔洞，鉆井過程極易發(fā)生漏失的情況有兩種。一是黃土層存在著大量洞穴和裂縫，與地表溝壑溝通，一旦鉆遇洞穴、裂縫，會發(fā)生有進(jìn)無出的嚴(yán)重漏失；二是鉆井過程黃土層受鉆井液浸濕后，土的內(nèi)部摩擦力迅速降低，骨架顆粒間膠結(jié)強度降低，在井筒液柱壓力的作用下形成裂縫，天然結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)生顯著的濕陷變形，并很快延伸形成流失通道［1］。

2 傳統(tǒng)下導(dǎo)管封隔黃土層工藝

天然氣井表層施工一般都采用下導(dǎo)管封隔黃土層的方法。對于黃土層不超過50 m的井，黃土層鉆進(jìn)采用“低排量、低密度、控鉆時”防漏鉆圓井，鉆穿黃土層后下導(dǎo)管并固井封隔，這種情況下導(dǎo)管環(huán)空外可形成有效的水泥塞，一般表層鉆進(jìn)后期再不會復(fù)發(fā)井漏。對于黃土層超過50 m的井，因現(xiàn)場焊接導(dǎo)管直線度及強度不易控制，導(dǎo)管下深受到限制，很難用導(dǎo)管全部封隔黃土層，一般鉆圓井至50 m，然后下4根導(dǎo)管封隔上部最薄弱黃土層，之后采取“兩低一控”防漏措施。第一次開鉆表層鉆進(jìn)，鉆穿黃土層后逐漸強化參數(shù)，由于后期排量增大，沖刷黃土層，自然造漿密度上升，壓差增加，易造成漏失復(fù)發(fā)，其主要原因是固導(dǎo)管環(huán)空未形成水泥環(huán)，固導(dǎo)管失敗，不能封隔上部薄弱層。2010年，G31-5井下導(dǎo)管45 m，水泥車進(jìn)行固導(dǎo)管作業(yè)后，鉆至58 m、98 m、177 m時發(fā)生失返漏失，分別進(jìn)行了3次注水泥固導(dǎo)管作業(yè)，堵漏損失時間為151 h。

3 導(dǎo)管封隔工藝改進(jìn)

3.1 改進(jìn)原理

針對傳統(tǒng)固導(dǎo)管封隔工藝存在的問題，由原來的水泥漿封固導(dǎo)管工藝改為座塞子、導(dǎo)管環(huán)空外灌堵漏漿平衡壓力法封隔導(dǎo)管工藝。其方法原理是：座塞子隔離導(dǎo)管內(nèi)外，防止鉆井液串槽形成通道，導(dǎo)管環(huán)空外灌加重堵漏漿，平衡鉆進(jìn)過程中的靜液注壓力和循環(huán)壓力，可減小導(dǎo)管內(nèi)外壓力差，有效防止導(dǎo)管角塞子失效外竄鉆井液。

3.2 工藝步驟

首先，制作導(dǎo)管塞子，導(dǎo)管底端1 m范圍螺旋狀分布焊接螺母，穿鐵絲控綁塞子，塞子采用海帶、毛氈等具有遇水膨脹特性的材料，塞子尺寸略大于井眼尺寸，盡量為兩頭小中間大的“腰鼓型”。其次，在圓井中泵入加重堵漏漿，配制20 m3高比重、高黏切、高堵漏劑含量的堵漏漿，其主要組成為：5%膨潤土+20%HD-1橋塞堵漏劑+10%石灰石+10%重晶石+0.1%～0.2%GD-1高粘彈性堵漏劑。最后，下導(dǎo)管坐塞子，下導(dǎo)管前將堵漏漿灌滿至井口， 下入導(dǎo)管，用鉆鋌下壓導(dǎo)管至井底，如導(dǎo)管環(huán)空橋塞漿液面低于地面，需在環(huán)空補灌堵漏漿至井口，環(huán)空不回填，便于隨時補充環(huán)空堵漏漿液面。

3.3 配套措施

1）淺表層鉆導(dǎo)管圓井，采用地面臨時開挖4～5 m3的小池子，建立小循環(huán)，配0.1%的GD-1膠液［2］開鉆，保持鉆井液黏度為30～35 s，比重控制在1.01～1.03 g／cm3之內(nèi)，控制鉆井液密度不升高，降低液柱壓力，防止壓差性漏失，采用15 L／s排量鉆進(jìn)，防止黃土層沖刷失陷漏失［3］。50 m以上淺表層嚴(yán)禁清水搶鉆，防止地表黃土層失陷危機井架基礎(chǔ)安全。

2）導(dǎo)管連接處要焊接好，保證導(dǎo)管整體的平直性，防止導(dǎo)管下入困難或發(fā)生斷裂，導(dǎo)致井下復(fù)雜情況出現(xiàn)或引發(fā)井漏。

3）用防漏鉆井液鉆穿黃土層后，逐步提高排量，強化鉆井參數(shù)，一旦發(fā)生漏失可以下砸導(dǎo)管，續(xù)接導(dǎo)管，重新將塞子座死。

4）表層鉆進(jìn)應(yīng)盡可能控制上提下放鉆具速度并緩慢開泵，防止形成過大的壓力激動憋漏地層。

5）表層要適當(dāng)控制鉆速，每鉆完一個單根應(yīng)適當(dāng)循環(huán)，確保鉆屑帶出地面，避免井筒內(nèi)鉆屑堆積太多，鉆井液密度增高而壓漏地層。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2011年靖邊南部共完成25口井，全部采用導(dǎo)管座塞子、環(huán)空外灌平衡堵漏工藝治漏技術(shù)，僅2口井復(fù)發(fā)井漏，堵漏一次成功率為92%，平均單井堵漏損失時間從2010年的21.5 h減少到2011年的1 h，尤其是陜347井黃土層厚度為320 m，采用該技術(shù)順利鉆完651 m表層，沒有出現(xiàn)漏失（表1）。

表1 2009-2011年靖南黃土層井漏統(tǒng)計對比表

5 結(jié)論

1）下導(dǎo)管座塞子、導(dǎo)管環(huán)空外灌堵漏漿平衡壓力法封隔導(dǎo)管工藝方法，解決了水泥封固導(dǎo)管環(huán)空不成塞的難題，可有效封隔淺表黃土漏失層。

2）采用加重橋塞漿減小了導(dǎo)管腳內(nèi)外壓差，保證了膨脹塞子的有效封隔。

3）采用下導(dǎo)管座塞子的方法，如導(dǎo)管腳以下發(fā)生漏失，可繼續(xù)下砸導(dǎo)管，加深封隔井段。

4）座塞子、導(dǎo)管環(huán)空外灌堵漏漿平衡壓力法封隔導(dǎo)管與配套防漏措施相結(jié)合，提高了天然氣井深表層防漏成功率。

［1］劉桂靈.濕陷性黃土濕陷機理及處理措施［J］.山西建筑，2009，35（6）：148-149.

［2］胡祖彪，李德波，陳秉煒，等.智能凝膠GD-1在陜北黃土層防漏堵漏中的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2010，27（1）：88-89，97.

［3］高萬旗，包安軍.陜北黃土層井漏的預(yù)防及處理［J］.科技傳播，2011（5）：200.